——记香港理工大学助理教授马源

郑 心  卫婷婷

　　数字时代，方寸屏幕即是广阔天地。它弥合了地域间隔，模糊了年龄分野，打破了行业壁垒，却唯独在无形中为视障人士划出了一道鸿沟。试想，如果闭上眼睛使用电子设备，就算朗读文本的功能已经足够智能、足够普遍，但数字世界仍会如同被降了维一样。即使视障者听觉敏锐度要比常人高出20%～50%，也无法弥补这一落差。因此，人机交互技术亟需一场根源上的创新性革命，为感知信息打开更多扇窗，拓展无限可能。“如果有一天触觉也能成为现实与虚拟之间的桥梁，那么存在视力问题的群体日常生活或许真的会大不一样。”香港理工大学助理教授马源正站在这样的队伍前沿，致力于使其变为现实。

志向由偶然展开

　　踏上触摸界面中多物理场相互作用相关研究的道路，对马源而言是一场“意外”。中学时代，一场场物理、化学、生物竞赛的相继获奖，印证着他的天赋与努力，也为他赢来了清华大学的保送资格，“那时候我一直认为自己的生物化学比较好，物理略逊一筹。没想到最后还就是‘阴差阳错’般选择了机械这门物理学科”。

　　其后数年，清华园的钟灵毓秀让马源慢慢懂得了“历史中有教益，实践中出真知”的道理，在科学信念建立的过程中，他逐渐形成了对机械行业的认知与态度。“我非常感谢母校清华所秉持的教育理念。清华机械系的培养模式着重强调‘厚基础，宽口径，重实践，强素质，全面发展’，这要求我们将专业知识触类旁通到不同的领域中去，需要对知识尽量深入地掌握、对生活有细致的观察。”而在马源的印象里，他的导师曾攀教授就是一个优秀的榜样。作为一名理论力学专家，他致力于在祖国大地上研究并发表成果，让分析力学理论、连续介质力学理论等，统统变成推动社会发展的汩汩动力。“所以我在老师的言传身教下逐渐认识到，力学是一种解答时代命题的绝佳工具，它可以为各式各样的产品增光添彩，也能为大大小小的工程筑牢地基。”

　　正是在这种观点的支撑下，马源一头扎进书海游弋，终收获翰墨留香——在美国加州大学伯克利分校深耕5年的博士岁月，让他深刻体悟到了物理学的深度与广度。“博士期间，我的研究方向是机械硬盘的读写头（磁头）与磁盘的接触和传热问题。”机械硬盘是当时最主流的数据存储设备，主要通过磁信号在硬盘上的存储与读取实现数据读写。在这个关键技术中，马源着重研究了摩擦界面间温度、振动、摩擦等多种物理问题相互影响的机制，并为硬盘设计的优化提供了依据。随着行业发展和技术革新，硬盘行业日趋成熟，马源便依靠在力学和界面物理的知识储备，将目光转而投向了人机交互的这一满载机遇与挑战的行业。

　　“真正的创新从不是空中楼阁，而是要从现实的土壤中长出新芽。”在得克萨斯A&M大学（Texas A&M University）从事博士后研究期间，马源身体力行，在学术期刊《科学·机器人》（Science Robotics，为Science的重要子刊之一）上发表了题为《通过表面温度变化进行虚拟形状的表面触觉呈现》（Surface haptic rendering of virtual shapes through change in surface temperature）的研究成果。文章中，他创新性地提出了通过调节触屏表面温度来改变表面摩擦力的新型触觉技术，并深入论证了温度变化对手指表面摩擦力的作用机制，为虚拟触觉技术的未来发展提供了更多可能性。他表示，未来推广此技术后，大众网购服装、百货甚至电子产品时，可以直接从触屏表面感受不同商品的触感，从而让消费者轻松体验产品的触觉信息。同时，通过触摸触屏的方式传递信息，对视障人群来说，也意味着更多的便利。这是马源第一次将科研目光投向视障人群，“他们可能才是急需此技术的人群”。自此，相关研究便也在他心中深植下了根茎，在日夜不停的探索与思考中，逐渐长出脉络。

未来由创新定义

　　时间如沙漏，缓而不停歇。很快，锚准研究方向的马源就行至归国还是继续驻留海外的人生路口。但此刻的他面对人生课题已经毫无犹豫，选择于2021年回国发展。“科学无国界，科学家却有祖国。把前沿技术写在自己的故乡热土上，才是科研者的共同理想与不息使命。”这时，香港理工大学以其鲜明的特色与“研以致用”的办学理念与马源一拍即合。多番了解下，他决意加入其队伍。

　　在香港理工大学的研究工作中，马源始终认为当前“触觉革命”的挑战主要源于交互技术。首先，信息获取的效率与质量仍然有限。当前，除视觉外，辅助技术大多都通过语音等方式进行信息传递。这种交互方式使得用户被迫接受信息，效率方面存在显著问题。其次，语音等方式传递消息的认知负担较高，用户须在脑中不断整合、记忆、回忆、比对信息。另一方面，从硬件角度来看，要将解决上述挑战的技术集成到可穿戴设备中，其实时性和舒适性仍然需要权衡。因此，未来需要在感知智能、交互设计、硬件集成和用户体验等多个层面协同发展，让辅助技术不仅是“可达”，而且更应“贴近用户”。

　　于是，一个颠覆性设计框架——用触觉同步AI视觉、用手势操控信息流，由马源团队提出。这是一种利用大视觉语言模型（LVLM），产生能够实时解析图像的技术与产品——它可依靠手势交互，只需单手指尖滑动，便可调节语音速度，握拳暂停；在听觉上，采用听觉主旋律（整体描述）+触觉重音（关键数据定位）的模式，打破了单一感官的局限。这让视障人群能真正“触摸”到数字世界，“听”懂动态视频的跌宕起伏。此项成果作为前瞻性研究，由《自然》子刊《自然综述·电气工程》（Nature Reviews Electrical Engineering）发表。

　　此项成果也将被陆续应用至元宇宙等方面的深度研究中。2024年，一篇发表在学术期刊《设备》（Device）上的前瞻性文章记录了马源团队的思考，题为《推进触觉接口技术在元宇宙中的沉浸式体验应用》（Advancing Haptic Interfaces for Immersive Experiences in the Metaverse）。联合西湖大学、北京航空航天大学及上海交通大学等多家高校，他们共同总结了触觉反馈技术在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）中的挑战，并展望了技术的应用前景，为更多的研究者和开发者提供了宝贵洞见。

　　“香港理工大学有其独到优势和独特的发展节奏。”马源如此评价。2024年，香港理工大学与惠州市人民政府、大亚湾开发区签订协议，共建香港理工大学大亚湾技术创新研究院（以下简称“研究院”）；同年9月，研究院正式挂牌成立。虽然距今仅短短1年，但四大研究中心——新材料与新能源研究中心、绿色化学与可持续催化中心、绿色与智能制造研究中心、空间计算与影像研究中心已然并肩而立，且始终秉持着“湾区共创、协同发展”的原则，积极构建“技术研发—成果转化—产业应用”全链条创新生态，协同打造粤港澳大湾区科创共同体。

　　更为可喜的是，马源在研究院内积极推进产业落地，全力开发新一代触觉交互产品。眼下，他已有5项发明专利提交申报，由他和团队设计的产品也即将在设计领域在线杂志《设计牛奶》（Design Milk）亮点报道。“未来，我们还将着重调整多感官整合与认知负荷的动态平衡，以及材料与算法的协同设计：如柔性电子皮肤与AI算法的融合，实现更自然的触觉纹理模拟，致力于实现AI驱动的触觉反馈与大视觉语言模型的深度融合。”马源补充道。他深知，触觉技术与现实生活的融合之路漫长且充满挑战。人们的需求会不断出现，相关模型也会在实践中持续优化。他始终相信，只要科技向善，触觉技术必将迎来充满生机的新时代。

专家简介

　　马源，长期从事人机界面的微纳尺度力学和摩擦学行为、触觉超材料开发、驻极体压电材料可穿戴设备，以及人工智能在人机交互中的应用等研究，尤其致力于开发高效、宽带、可靠的先进人机机械界面，以实现人机通信，重点研究触摸界面中的多物理场相互作用、建立皮肤的非线性和摩擦学模型、开发下一代触觉表面和触觉执行器，以及人工智能（AI）的应用。他分别于2011年和2013年在北京清华大学获得机械工程与材料科学专业的学士和硕士学位；2018年，在加州大学伯克利分校获得机械工程博士学位。在2021年加入香港理工大学之前，他在得克萨斯A&M大学担任博士后研究员。